Парниковый эффект и проблема глобального потепления

Потепление  климата может привести .к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

Решить данную проблему было бы можно, сократив выбросы  углекислого газа в атмосферу  и установив равновесие в цикле  круговорота углерода.  
      Общепринятые оценки метеорологов показывают, что повышение содержания углекислотного газа в атмосфере приведет к повышению температуры практически только в высоких широтах, особенно в северном полушарии, где "совсем недавно было гигантское оледенение". Причем в основном это потепление произойдет зимой. По оценки специалистом Института сельхозметеорологии Роскомгидромета, повышение концентрации СО₂ в два раза приведет к удвоению хозяйственной полезной площади России с 5 до 11 млн. км2. По хозяйственной полезной площади Россия занимает сейчас скромное пятое место в мире после Бразилии, США, Австралии и Китая. Наибольший эффект от потепления будет иметь Россия, в которой западная граница проходит примерно по январской изотерме 0° С.

Отечественные "зеленые" механически повторяют про опасность потепления, не осознавая, что живут в холодной стране. При ожидаемом потеплении в большинстве районов России климат станет очень благоприятным, близким к субтропическому. Нечерноземная мало продуктивная зона центральной России станет плодоносной, продолжительность сельскохозяйственного года в ней утроится, Кубань превратиться в саванну, в Сибири морозы прекратятся, и там будут выращивать хлопок, а северный морской путь освободиться ото льда и станет самым экономичным морским путем между Европой и Дальним Востоком.  
      Важно , что потепление за счет повышения температуры будет происходить в основном зимой. Лето в России останется практически таким же относительно не жарким. Причем это повышение температуры произойдет за несколько лет вслед за повышением концентрации СО₂, так как материковых льдов давно нет, а время нагрева атмосферы не превышает двух месяцев На климате низких широт удвоение концентрации СО₂ практически не скажется, разве только северный ветер зимой не будет там столь холодным, как сейчас. До наступления последней ледниковой эпохи средняя температура Земли была на 5-6° С выше, и в районе Якутска росли леса грецких орехов.

Угроза  потопа.  

В разных источниках указываются разные значения повышения уровня Мирового океана в пределах до 0,2-1,4 метра. Доверчивые специалисты при этом восклицают: Всемирный потоп! Однако почти все ледники в северном полушарии растаяли 9000 лет назад. Осталась только Гренландия. Льды же Северного Ледовитого океана при таянии не повысят уровень Мирового океана даже на 1 мм согласно всем известному из школьной физики закону Архимеда. Гренландский ледник не растает по той же причине, что и Атлантический. Дело в том, что оледенение имеет место быть при температуре ниже нуля, а температура Антарктиды в зависимости от сезона равна 30-90 °С ниже нуля. При ожидаемом потеплении условия сохранения Антарктического ледника практически не изменяется. Скорее всего из-за увеличения испарений количество влаги, поступающей в Антарктиду, возрастет, из-за этого ледник может существенно увеличиться и соответственно возрастет сход айсбергов. Гренландия - это маленькая Антарктида. При ожидаемом в 21 веке повышении температуры в высоких широтах на 4 °С температура на ледниках Гренландии сохраниться существенно ниже нуля, и из-за увеличения циркуляции влаги в атмосфере выпадение снега в Гренландии и частота схода там айсбергов увеличится. Данные палеоклиматологии подтверждают эти прогнозы. Гренландский и Антарктический ледники существуют многие десятки миллионов лет и пережили периоды несравненно более сильного потепления, чем это ожидаемое. Поэтому никакого существенного повышения уровня Мирового океана не следует ожидать ни в 21 веке, ни в более отдаленные времена.

Вредность СО₂     

Сколько поднято шума в связи с увеличением содержания СО₂ в атмосфере, что в сознании широких масс, наверное, создалось мнение о его вредности. Однако это не так. При концентрации углекислого газа ниже 1% он не оказывает вредного влияния на животных. Более того, слишком низкое содержание СО₂ в воздухе для некоторых людей является причиной астматических болезней. Их не даром лечат по методу профессора Бутейко задержкой дыхания. Ведь присутствие СО₂ совершенно необходимо для эффективного дыхания. По-видимому, этот результат (точнее пережиток) эволюции. Ведь животный мир возник при весьма высокой концентрации углекислого газа. Еще 600 млн. лет назад, когда животный мир начал трансформироваться в современные виды, концентрация кислорода в воздухе составляла всего 2%. Предки приматов возникли примерно 20 миллионов лет назад, когда концентрация СО₂ была втрое выше, т.е. 0,1%. Для растений углекислота является самым необходимым жизненным веществом, так как другой возможности усвоения растениями углерода в природе не существует. Поэтому СО₂ ни в коем случае нельзя считать вредным веществом для здоровья животных и тем более растений. Экспериментально показано, что с повышением концентрации в воздухе углекислого газа урожайность всех культур возрастает. По мнению некоторых врачей, человеку полезнее высокогорный воздух, где абсолютная концентрация кислорода вдвое меньше . В обыденном сознании сформировалось мнение , что леса являются "легкими планеты". Но леса и растительность вообще в основном поглощают СО₂. Очищать воздух от углекислого газа бессмысленно, так как его уже практически там нет: осталось всего 0.035%. Таким образом , и в этом смысле обыденное сознание отягощено мифами.

СО₂ и парниковый эффект.

По оценкам  ученых, без парникового эффекта  средняя температура поверхности  Земли была бы на 30 градусов ниже нуля и никакой жизни на ней скорее всего не было бы. Именно парниковый эффект, являясь природным одеялом, создает благоприятные условия жизни на земле. Парниковый эффект , то есть степень поглощения инфракрасного излучения земной поверхности, обусловлен наличием многоатомных газов (СО₂, пары H₂0, СН₄), непрозрачных для теплового излучения. В наше время парниковый эффект в среднем на 78% порожден парами воды и только на 22% углекислым газом при их объемном соотношении 1:10. Вкладом других газов можно пренебречь.  
              Влияние парникового эффекта на климат в зависимости от концентрации СО₂ хорошо известно метеорологам. Он в основном повышает температуру зимой в высоких широтах и практически не влияет на температурный режим низких широт . Это объясняется следующим. Вышеупомянутое соотношение вкладов водяного пара и СО₂ в парниковый эффект наблюдается только раз в год. В высоких широтах при снижении зимней температуры концентрация водяного пара в атмосфере резко снижается, так как он конденсируется и выпадает в виде осадков. В результате парниковый эффект резко снижается и температура атмосферы уменьшается. Кибернетики сказали бы, что имеет место сильная обратная связь. При дальнейшем снижении температуры водяной пар вымораживается из атмосферы, на землю выпадает снег и резко увеличивается отражение лучистой энергии, поступающей от солнца. Физики и метеорологи сказали бы, что увеличивается альбедо (доля отраженной лучистой энергии) Земли. Это вторая сильная обратная связь. А вот концентрация СО₂ в атмосфере не зависит от этих факторов. Именно парниковый эффект от СО₂ сохраняет тепло в атмосфере при вымораживании из нее водяного пара. Увеличение концентрации СО₂ приведет к тому, что снижение температуры и вымораживание водяного пара, а также выпадение снега и увеличение альбедо будет проходить в существенно меньшей степени.  
               Итак, наличие СО₂ в атмосфере играет важную роль для улучшения климата, прежде всего в зимнее время. Но наличие СО₂ в атмосфере еще важнее для стабилизации климата при воздействии случайных факторов, приводящих к временному похолоданию, которые в отсутствие СО₂ могли бы вызвать оледенение. Очень показательно, например, сравнение климата на Марсе и Венере. Уровень температуры на Марсе таков, что там не только вода, но и СО₂ вымораживаются из атмосферы настолько, что давление марсианской атмосферы, состоящей в основном из СО₂, составляет всего 0,6% земной. Поэтому на Марсе наблюдаются водяные и углекислотные льды. На Венере, получающей в два раза больше тепла от Солнца, атмосфера также в основном состоит из СО₂ и имеет давление 90 атмосфер. Из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры составляет 500 С.  
              Парниковый эффект и оледенение, по имеющимся научным данным, взаимно связаны. На рисунке приведены кривые изменения концентрации СО₂ в атмосфере и температуры за последние 160 тысяч лет. Эти данные получены анализом состава воздушных пузырьков в толще ледников Антарктиды. На кривых хорошо видно почти полное совпадение максимумов концентрации СО₂ и температуры, что объясняется малой тепловой инерцией атмосферы и отсутствием материковых льдов. Следует отметить, что максимумы температуры и содержания СО₂ совпадали и похоже способствовали появлению неандертальцев 100000 лет назад и сельскохозяйственной революции

примерно 5000 лет  назад.

           Максимум последнего оледенения был примерно 20000 лет назад. Он соответствовал концентрации СО₂ в атмосфере , равной всего 0.02%, что почти в два раза меньше ,чем сейчас. Тогда ледники занимали всю территорию Канады , значительную территорию США в всю Северную Европу включая Берлин, Москву , Киев и Санкт-Петербург. Общая площадь материковых льдов в Северном полушарии тогда составляла 23 млн.км² ,толщина слоя льда - 1.5 км, объем материковых льдов превышал 37 млн. км³.  
          Ледниковая эпоха характеризуется крайне неустойчивым климатом. Небольшое случайное похолодание приводит из-за сильных обратных связей к росту ледников, а потепление к их быстрому таянию. Поэтому ледниковая эпоха характерна быстрыми колебаниями температуры с периодом 10000 лет. 
Именно быстрое возрастание концентрации СО₂ привело за 9000 лет к почти полному таянию этих ледников. Остались лишь ледники в Антарктиде и Гренландии, консервация которых обусловлена близостью к полюсу, водным окружением и замкнутой циркуляцией холодных течений.  
           При изменении концентрации СО₂ потепление может быть очень быстрым, если нет материковых льдов , так как нагрев атмосферы ввиду ее тепловой инерции составляет около 2 месяцев. Но для таяния льдов необходимо больше времени , так как требуется много тепла. На таяние материковых ледников не влияет антропогенный фактор.  
            В сознании широкой общественности потепление почти всегда соединяется с повышением температуры летом и засухой зимой. Однако это не так в случае увеличения концентрации СО₂. Количество влаги, поступающей на сушу, зависит в первую очередь от интенсивности испарения водной поверхности. При потеплении количество образующегося пара увеличится, во-первых, за счет увеличения площади испарения на освободившейся от океанических и материковых льдов в высоких и средних широтах и, во-вторых, за счет увеличения средней температуры. Таяние высокогорных ледников не грозит мелением рек, так как количество влаги в горах не уменьшится. И лишь изменится сезонное распределения поступления воды в горные реки. Эти теоретические рассуждения вполне поддерживаются данными палеоклиматологии . А вот каждое оледенение сопровождалось засухой , так как накопление на суше материковых льдов приводило в сокращению площади мирового океана на 30% и одновременно снижалась температура атмосферы и водной поверхности.

                              Углекислота в оболочках земли. 
          В океане СО₂ содержится в растворенном виде в виде угольной кислоты и ионов различных углекислотных солей, и его в 60 раз больше чем в атмосфере. При повышении концентрации СО₂ в атмосфере большая его часть поглощается океаном. Правда, перемешивание океанической воды длится от 200 до 2000 лет . Океан, следовательно, является гигантским аккумулятором и регулятором концентрации углекислоты в атмосфере. Именно поэтому изменение концентрации СО₂ в атмосфере будут происходить во много раз медленнее , даже несмотря на рост антропогенных выбросов.  
        В каменноледниковых, сланцевых и иных углеродосодержащих месторождениях угольной кислоты содержится в 300 раз больше по сравнению с атмосферой. Если ее освободить из этих месторождений, то концентрация СО₂ в атмосфере увеличится с 0.035 до 9 %. Такая концентрация наблюдалась во время каменно-угольного геологического периода, когда на земле буйствовала растительность, был теплый устойчивый климат и процветали динозавры. Такая растительность была следствием высокой концентрации углекислоты, которая являлась главной , ничем не заменимой пищей для фотосинтеза. Реальная причина вымирания динозавров - похолодание в связи с наступлением ледникового периода, увядание растительности и недостаток пищи. Они вымирали в течении нескольких миллионов лет: одни виды раньше, другие позже.  
        Основная масса СО₂ в карбонатных породах , причем в основном на дне океанов. Материковые карбонатные породы сформировались когда эти участки суши были дном морей и океанов. Как же почти весь СО₂ оказался захороненным на дне океанов?  
        Согласно современным научным представлениям первичная атмосфера образовалась в результате разделения по плотности земных пород. Она состояла из СО₂ , метана , аммиака, сероводорода. Изъятие из первичной атмосферы углекислоты происходило благодаря фотосинтезу в первых живых организмах на Земле. Самозарождение жизни , по мнению ученых, было возможно только в атмосфере без кислорода, и сначала только в океане. Первичный океан был сначала настоящей "газировкой" . Первые сине-зеленые одноклеточные водоросли возникли не менее 3 миллиардов лет назад. Именно они за счет фотосинтеза произвели первый кислород и тем создали условия для жизни животных, энергетическим источником которых является процесс окисления. Первые животные, появившиеся сначала в океане, строили скелеты из известняка СаСО3 и магнезита (доломита) MgСО3. Их скелеты и раковины гигантских размеров откладывались на дне океанов и морей, и эти отложения можно видеть сейчас, в виде месторождения мрамора, меловых гор, известняка. А углекислота была почти начисто извлечена как из воды океана, так и из атмосферы. Кстати, некоторые ученые называют результатом этого процесса первой экологической катастрофы для первых обитателей Земли. Ведь интенсивность фотосинтеза пропорциональна концентрации СО₂ в атмосфере и океане. Когда растительность распространилась на суше, создались условия для начала каменноугольного периода - эпохи карбона. Однако в образовавшиеся каменноугольные, нефтяные и газовые месторождения попало тогда меньшая часть углекислоты, так как для их образования на суше требовались специфические условия, а именно болота, покрытые минеральными осадками. В противном случае органика сгнивает, а СО₂ возвращается обратно в атмосферу. Иное дело океанские отложения из СаСО3 и MgСО3. Они хоронились на всегда, и возвратить и обратно в оборот не в силах даже человечество, как оно делает с СО₂ при сжигании нефти, каменного угля и газа.  
        В нашу геологическую эпоху в атмосфере остались буквально жалкие остатки прежнего количества СО₂. Чтобы извлечь необходимую для жизни углекислоту, растениям приходится прокачивать через себя огромное количество воздуха, так как в нем содержится мало СО₂ - всего 0,035%. Но даже при низкой в нынешнюю геологическую эпоху интенсивности фотосинтеза на суше и в океане можно за несколько лет выбрать и эти жалкие остатки. Среднее время обращения СО₂ в сегодняшней атмосфере составляет всего пять лет.

Встреча в Киото и торговля квотами на выбросы тепличных газов

             Так как предполагаемое потепление  климата, вызванное человеческой  деятельностью, на 50% происходит в результате потребления энергии, напрашивается вывод о том, что для того, чтобы предотвратить кризис, надо изменить практику этого потребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьёзные меры. Если опасения, связанные с потеплением климата, оправдаются, то плата за бездействие будет намного выше, чем затраты на предотвращение кризиса.

            По мнению экологов, наиболее  действенными будут такие меры, как повышение эффективности  энергопользования и переход к альтернативным видам топлива (отказ от ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь) Хотя мировое сообщество сделало большой шаг вперед в повышении эффективности использования энергии после нефтяного эмбарго 1973 года, ему ещё предстоит огромная работа в этой области.

В 1980 году более 100 миллионов тонн CO₂ было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы CO₂ развитых стран в 1985 году составили 74% от общего объёма, а доля развивающихся стран составила 24%. Ученые предполагают, что к 2025-му году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44%.  В последние годы Россия и страны бывшего СССР значительно сократили выбросы в атмосферу CO₂ и других тепличных газов. Это прежде всего связано с переменами, происходящими в этих странах, и падением уровня производства. Тем не менее, ученые ожидают, что в начале двадцать первого века Россия достигнет прежних объёмов выброса в атмосферу тепличных газов.

           В  декабре 1997 года на встрече  в Киото (Япония), посвященной  глобальному изменению климата,  делегатами из более чем ста  шестидесяти стран была принята  конвенция, обязывающая развитые  страны сократить выбросы CO₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 годам выбросы CO₂ на 5% от уровня 1990 года:

• Европейский союз должен сократить выбросы CO₂ и других тепличных газов на 8%.
• США - на 7%.
• Япония - на 6%.

           Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительныe выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% - будет выполнена.

          Тем не менее, переговоры по  вопросу сокращения выбросов  тепличных газов идут очень  сложно. Прежде всего конфликт  существует на уровне официальных лиц и бизнеса с одной стороны и неправительственного сектора - с другой. Неправительственные экологические организации считают, что достигнутое соглашение не решает проблемы, так как пятипроцентное сокращение выбросов тепличных газов недостаточно для того, чтобы остановить потепление, и призывают сократить выбросы как минимум на 60%.

              Кроме того, конфликт существует  и на уровне государств. Такие  развивающиеся страны, как Индия  и Китай, вносящие значительный  вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, присутствовали на встрече в Киото, но не подписали соглашение. Развивающиеся страны вообще с настороженностью воспринимают экологические инициативы индустриальных государств. Аргументы просты:

• основное загрязнение тепличными газами осуществляют развитые страны
• ужесточение контроля на руку индустриальным странам, так как это будет сдерживать экономическое развитие развивающихся стран.

          В любом  случае проблема глобального  потепления климата - яркий пример  того, какие механизмы, подчас, включены  в решение экологической проблемы. Такие компоненты, как научная  неопределенность, экономика и политика  нередко играют в этом процессе  ключевую роль.

Возможные последствия глобального потепления климата

         Eсли сохранится тенденция глобального  потепления, это приведет к изменению  погоды и увеличению количества  осадков, что, в свою очередь,  приведет к подъему уровня  мирового океана. Ученые уже отметили изменения в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и бывшем СССР последние 30-40 лет выпадает осадков на 10 процентов больше, чем в прошлом. В то же время, количество осадков над экватором сократилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии. Наиболее благоприятные условия для выращивания культур сложатся в сельскохозяйственных регионах России и обильные осадки будут выпадать в Северной Африке, где засуха продолжается с 1970-го года. Кроме того, повышение температуры увеличит испарение влаги с поверхности океана. Это приведет к увеличению выпадения осадков на 11 процентов.

         Последствия потепления климата  будут ощущаться на Северном  и Южном полюсах, где увеличившаяся  температура приведет к подтаиванию  ледников. По расчетам ученых  увеличение температуры на 10 градусов  по Цельсию, вызовет повышение  уровня мирового океана на 5-6 метров, что приведет к затоплению многих прибрежных территорий во всем мире.